高层综合楼框架—剪力墙结构概念设计

耿 慧 玲

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

高层综合楼框架—剪力墙结构概念设计

耿 慧 玲

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

在设计某一高层文体中心办公楼及附属商业综合楼过程中，讨论钢筋混凝土框架—剪力墙结构的概念设计，分析遇到的问题，得出合理妥善的解决方案，从而达到安全适用、经济合理的目的。

概念设计，优化比较，刚度突变

0 引言

在高层住宅的各类结构体系中，为了满足高层公建房屋大空间的需要和净高要求，框架—剪力墙结构作为一种可靠有效的结构设计体系，在实际工程上得到了广泛的推广和应用。框剪结构中，集剪力墙较大的抗侧力刚度，框架较好的延性，连梁优良耗能的特性等优点组合而成，具有多道抗震防线，从国内外历史经受地震后震害调查表明，确为一种抗震性能较好的结构体系。

在高层框剪结构中，剪力墙布置的多少是最重要的经济性能指标。在结构设计计算过程中，剪力墙的布置，应该使结构具备相当的侧向刚度，以此来满足结构在地震作用下的位移变形要求，墙体自身也应该满足承载力要求。若剪力墙布置过多，增加了结构自重，减小了结构的自振周期，地震作用效应也相应增大，造成了工程造价的浪费。若剪力墙布置过少，会导致结构位移太大，而无法满足设计要求。所以框架—剪力墙结构中，建筑的经济性和安全性主要取决于剪力墙的平面布置方案。

1 工程概况

本工程为山西省榆次区神农文体中心A座公寓式办公及商业附属楼，位于榆次区东南角136号地块。本工程主楼地下1层，层高为5.2 m,设有设备层，设备层层高为1.8 m；地上19层，主楼1层层高为5.4 m，2层层高为4.8 m，3层～19层层高均为3.9 m(其中第8层层高6.1 m)。室内外高差为0.300 m,建筑高度为79.000 m。地下1层为平战结合人防工程。主楼与裙楼之间设置抗震缝。

裙房地下1层层高为5.2 m，设有设备层，设备层层高1.8 m；地上4层,1层层高为5.1 m，2层层高为4.8 m，3层，4层层高均为3.9 m。

建筑结构安全等级为二级，建筑场地类别为Ⅲ类, 地面粗糙度类别C类,基本风压修正后为0.44 kN/m2，建筑抗震设防类别为丙类。抗震设防烈度为8度(0.20g)，设计地震分组为第二组。主楼部分：剪力墙、框架抗震等级为一级；商业附属楼部分：框架抗震等级为二级。由下至上，框架柱截面尺寸为700 mm×700 mm～1 000 mm×1 000 mm，剪力墙厚度为250 mm～300 mm，框架梁主要截面为400 mm×800 mm，混凝土强度等级为C30～C45。

2 结构方案的确定

2.1 结构选型

主楼1层为主力商铺、管理用房、消防控制室、门厅，2层为主力商铺、管理用房，3层～21层为公寓式办公。裙楼为商业附属楼，地下1层为柴发、低压配电室、弱电间、报警阀室及计量间，地上为4层,1层～3层为体育商城，4层为游泳馆。为了满足大空间的需要和净高要求，结构形式主楼为钢筋混凝土框架—剪力墙结构，裙楼为框架结构。

依据《高层建筑混凝土结构技术规程》，框架—剪力墙结构中，剪力墙布置应符合以下要求：

1)剪力墙平面布置遵循规则。

抗震设计时，剪力墙的布置原则是要形成双向抗侧力体系，所以应该在X，Y两个方向同时均匀布置剪力墙。剪力墙宜均匀布置在建筑物的四周、电梯间、楼梯间以及在平面形状变化及恒载较大的部位。框架柱与剪力墙或框架梁与框架柱的中线应尽量保持重合。

2)剪力墙竖向布置遵循规则。

剪力墙宜尽量贯通建筑物整个高度范围，避免刚度突变，若是需要开洞，洞口应尽量上下对齐。底部剪力墙承受压力最大，为了满足轴压比的要求，底部剪力墙加厚，上部剪力墙承受压力小，剪力墙的厚度相对较薄，剪力墙厚度竖向应均匀变化，防止带来刚度突变。

2.2 设计要点

1)主楼要点。

由于主楼底部两层的结构使用功能与上部不一致，导致剪力墙平面布置位置受限，经综合考虑，楼电梯间可以设置一部分剪力墙，另外，为满足建筑外立面的需求，排除在建筑四周设置剪力墙的可能，需另外选取临近周边位置的内隔墙布置一部分剪力墙。

2)裙楼要点。

首先裙楼因1层、2层中庭部分开大洞，形成两层通高的柱子，并对整层楼板刚度有极大的削弱；其次，顶层设置游泳馆，水池区域内，框架柱全部拔除，形成24 m×31.8 m的大空间，结构平面布置形式需重新确定。

3 结构计算

结构计算结果首先查看框架柱、剪力墙在竖向荷载下的轴压比，配筋情况，其次结构计算结果应符合《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》中关于位移比、层间位移、周期比等相关整体计算指标的要求。通过调整剪力墙墙肢长度、厚度，框架柱截面及混凝土强度等级，最终达成剪力墙平面布置规则、匀称，刚度适中，主要受力构件承载力满足要求，整体计算指标大部分满足要求。唯独存在第8层指标异常，8层与9层刚度比值远小于1.1，扭转位移偏大，最大层间位移与平均层间位移比值为1.38。经分析，主楼第8层层高6.1 m，大于相邻上层层高3.9 m的1.5倍，存在刚度突变。

1)一次优化设计。

首先，增加结构周边的剪力墙数量，加厚周边剪力墙的厚度，从而增强结构周边的刚度，进而提高结构整体的扭转刚度。其次，有针对性地加大8层以下的剪力墙及框架柱的截面，减小9层以上的剪力墙及框架柱的截面。经计算后指标有所改善，但仍未达到规范限制要求。

2)二次优化设计。

从整体结构平面布置来看，在结构楼电梯间剪力墙布置较多，刚度较大，且楼电梯间位于结构中间区域，考虑减少楼电梯间局部的剪力墙，使得结构的平动周期增大，进而间接达到减小周期比、位移比的要求。

最终结构主要计算指标如下：底层框架部分，X，Y轴方向承担的抗倾覆力矩均在10%～50%范围，按框剪结构进行合理设计，初始定的结构构件的抗震等级准确。地震作用下，X方向最大层间位移角1/910,Y方向最大层间位移角1/890。在考虑偶然偏心的情况下，最大层间位移与平均层间位移比均小于1.2。8层与9层的侧向刚度比值为1.23，满足规范大于1.1的要求。

裙楼设计，首先，裙楼1层,2层，整层楼面平面狭长，且中庭及扶梯开了较大的洞口，使楼板刚度大幅削弱，对整层楼板变形产生不利的影响，经核算，楼板开洞尺寸小于楼面宽度的一半，开洞总面积小于总面积的30%，并且在扣除开洞面积后，开洞每一边的楼板净宽度均不小于2 m。加强措施如下：

1)加厚削弱部分的楼板至h=120 mm，楼板采用双层双向配筋，配筋率也适当提高；

2)洞口角部集中配置斜向钢筋；

3)洞口周边设置边梁。其次顶层游泳馆大空间的楼盖形式经初步计算后，选用单向密肋梁楼盖。由于泳池周边走道架空层较高，考虑泳池范围层高局部由4.7 m增高至5.3 m，经计算分析，单向密肋梁楼盖形式能满足建筑层高的要求。

本工程主楼结构布置如图1所示。

4 细部设计

4.1 剪力墙设计

为了满足剪力墙稳定性和抗震设计的要求，剪力墙厚度经计算确定为300 mm，因剪力墙墙肢较长，刚度较大，超筋现象严重。采取在剪力墙上开洞的措施，削弱过于集中的墙肢刚度，计算结果显示，剪力墙仍有局部超筋现象。通过调整剪力墙墙肢长度、厚度和提高混凝土标号的方式，来解决剪压比及轴压比超限的问题。通过在施工缝处附加竖向配筋，来解决施工缝验算超限问题。

4.2 梁柱节点设计

综合楼第8层层高为6.1 m，大于相邻上层层高3.9 m的1.5倍，最终计算结果中，8层与9层的侧向刚度比值为1.23，满足了指标要求，但存在框架梁柱节点域抗剪超限的情况，采取以下加强措施:1)加大梁柱节点截面，在梁柱节点处增设梁水平加腋；2)在梁柱节点处框架柱内增设型钢，来提高框架柱抗剪能力，以此来解决节点域抗剪超限的问题。

4.3 连梁设计

在设计中，连梁主要受水平荷载，考虑使其首先出现塑性铰，产生塑形破坏，吸收地震能量，使结构内力重分布。在计算过程中，通过降低连梁高度、加宽洞口尺寸等措施，容许连梁开裂，对连梁刚度进行折减，来降低连梁的刚度，以此来解决连梁超筋的问题。

5 结语

结构方案布置是否得当，直接关系到房屋建设的经济性与可靠性，在进行结构设计时，一定要综合考虑，注重概念设计，设计时应设置多道抗震防线，使结构体系具备相当的承载能力和抗震能力；对结构局部出现的薄弱层，采取合理的设计方案和加强措施。在结构设计中，对结构构件进行优化，使材料最大程度地发挥性能，从而达到安全适用、经济合理的目的。

[1] JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

Conceptualdesignofframeshearwallstructureforhigh-risebuilding

GengHuiling

(ArchitecturalDesignandResearchInstituteofShanxiProvince,Taiyuan030013,China)

In the design of the office building of a high-level sports center and affiliated commercial building process, discussed the conceptual design of reinforced concrete frame shear wall structure, analysis of the problems encountered, the reasonable solution properly, so as to achieve safe, economical and reasonable.

conceptual design， optimization comparison, stiffness mutation

2017-06-04

耿慧玲(1984- )，女，工程师

TU398.2

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